Mex-L2 Technolas 193nm エキシマレーザーのオーバーホール報告書

はじめに

本報告書は、Mex-L2 Technolas 193nm ArFエキシマレーザーの包括的な詳細メンテナンスおよび性能最適化プロセスを体系的に記録しています。このメンテナンスの目的は、長期の高負荷運転によって引き起こされる出力エネルギーの減衰および安定性の劣化といった核心的な問題に対処することでした。メンテナンス範囲は以下の主要サブシステムを含みます： 光学共振器、放電システム、ガス回路、電気制御、および冷却空気経路.

徹底的な清掃、主要部品の修復、劣化および損傷部品の交換、精密な校正を通じて、機器の性能は優れた状態に回復されました。最終試験では、レーザーの最大単一パルスエネルギーが達成されました 153.6 mJ （@27kV）、およびエネルギーの安定性（相対標準偏差）は以下より優れていました 1.4% （@10Hz）。すべての主要パラメータ 大幅に上回った 元の工場仕様の80％、契約で定められた受入基準（>100 mJ）を大幅に上回っています。本報告書は、機器の寿命延長と将来の安定稼働を目的とした長期的なメンテナンス戦略と推奨事項を提供して締めくくります。

メンテナンスの背景と詳細な作業内容

この詳細なメンテナンスには主に以下の詳細な作業が含まれていました：

1. レーザーキャビティの開放および総合メンテナンス

作業内容：レーザーキャビティは清浄な環境で作業手順に厳密に従って開放されました。

光学部品の取り扱い：共振キャビティの全反射ミラーと出力結合ミラーは 非破壊的に清掃された 専門の無塵紙と高純度溶剤を使用しました。清掃前後の光路調整の確認にはHe-Neレーザーを使用しました。

機械的検査：すべての光学部品のマウントを締め付けと安定性の点で点検し、緩みがないことを確認して光路の長期安定性を保証しました。

2. 放電電極およびプレイオナイゼーションシステムの清掃

問題診断：キャビティを開けたところ、主放電電極の表面が不均一な黒いスパッタと少量の金属フッ化物で覆われており、プレイオナイゼーション構造のセラミックシェルにアーク侵食の兆候が見られました。

加工技術：電極は 細かく手作業で研磨された 専門の研磨ペーストと布を使用して鏡面仕上げを復元し、放電の均一性を向上させました。プレイオナイゼーションアセンブリを分解、清掃し、経年劣化した絶縁セラミック部品を交換しました。この工程は 最も重要な部分 レーザー効率とエネルギー安定性の回復に関する

3. ガス循環駆動電源の修理

故障箇所特定：テストにより、電源モジュールからの出力波形が歪んでいることが判明し、それがファンモーターの異常な駆動電圧を引き起こし、異常な騒音と速度変動をもたらしていました。

修理措置：損傷した 駆動装置 およびフィルターコンデンサを交換し、はんだ接合部を再はんだ付けし、出力パラメータを再校正しました。修理後、ファンはスムーズに動作し、騒音は正常に戻り、レーザーガス混合の均一性が確保されました。

4. キャビティ循環空気経路システムの清掃および修復

作業内容：循環空気ダクトを完全に分解し、蓄積した汚れを除去しました 粉末 内部のその他の汚染物質はイソプロピルアルコールと高圧エアガンで除去しました。

更新部品：劣化したダクトシールおよび 静電集塵機 （レーザーガス中の不純物や副生成物を吸着するために使用）を交換し、ガスの純度と循環効率を確保しました。

5. レーザーキャビティの気密性回復

標準操作：キャビティシールを交換し、再度漏れ試験を実施しました。

検査：高精度ヘリウム質量分析漏れ検出器を使用してキャビティの漏れをチェックしました。最終漏れ率は以下より良好でした 5x10⁻⁷ Pa·m³/s、運用要件を大幅に上回り、作動ガス（Ar /F₂ /Ne混合ガス）の長寿命化と長時間運転時のエネルギー安定性を確保します。

6. システム全体の統合と試験

すべての部品を組み立てた後、真空排気、高純度窒素によるパージ、作動ガスの最終充填を実施しました。

外部の高精度エネルギーメーター、分光計、オシロスコープを接続し、総合的な性能試験とデータ取得を行いました。

3. 契約要件仕様

契約に基づき、保守後の装置は以下を満たす必要があります：

• 全体のレーザー性能が回復 80%以上 元の工場仕様の;

• 最大単一パルスエネルギー >100 mJ (193nm);

• 寿命延長により、長期安定動作を確保。

メンテナンステスト結果

1. 波長検証

試験機器: 分光計。

結果: 中心波長は安定してロックされました 193.3 nm半値全幅（FWHM）が< 0.5 nmで、ArFエキシマレーザーの特性と一致しています。他の迷光ピークは観察されず、光学共振器ミラーの良好な状態と正しいガス混合比を示しています。

画像説明：

横軸は波長（単位：nm）、縦軸は強度（相対単位）です。グラフは193.3nmを中心とした鋭く対称的なピークを示し、出力波長の正確さと純度を確認し、エキシマレーザーの標準的な紫外線出力を満たしています。

2. パルスエネルギーと安定性

試験機器: エネルギーメーター。

結果分析：上記の表に示されているように、エネルギー出力は高電圧と良好な線形関係を示しています。契約上要求される27kVでは、最大単一パルスエネルギーが153.6 mJ (@27kV)に達し、>100 mJの基準を大きく上回りました。特に、エネルギーの安定性（相対標準偏差RSD%で測定）は10Hz動作時でも1.8%以下を維持し、放電の均一性とガス循環システムの優れた状態を示しています。高繰り返し率でのわずかなエネルギー低下は熱レンズ効果によるもので、正常な現象です。

3. ビームプロファイル解析

試験方法：UV感光性焼き紙を使用。

結果：ビームプロファイルは規則的な長方形で、約 15mm x 5mm サイズは均一なエネルギー分布、鋭いエッジ、顕著な歪みや空洞化がなく、共振器の精密な整列と均一な電極放電を示しています。

画像説明：

紙上の焼き跡は明るく均一な長方形のスポットを示し、寸法は仕様を満たし、全体的に均一なエネルギー分布であり、精密な材料加工用途に適した優れたビーム品質を証明しています。

4. パルス波形測定

試験装置：高速応答フォトダイオードおよび高速オシロスコープ。

結果：パルス幅（FWHM）は約 18 ns立ち上がりが急峻で、顕著な二重ピークやショルダーがなく、十分な前イオン化と速く同期の取れた主放電プロセスを示しています。

画像説明：

オシロスコープのスクリーンショットは典型的なエキシマレーザーパルス波形を示しています。横軸は時間（単位：ns）、縦軸は強度（相対単位）です。測定されたパルスのFWHMは18nsで、波形はきれいで、放電回路の状態が非常に良好であることを示しています。

5. 試験現場記録

ビデオ説明：

レーザー装置の動作状況。メンテナンス後のレーザーの全体外観を示し、装置の扉は閉じられ、制御パネルのインジケーターは正常に表示され、正常に動作しています。

ビデオ説明：

データ取得および監視インターフェース。クローズアップは運転中のデータ監視画面を示し、リアルタイムのエネルギー読み取り、高電圧設定、繰り返し率、その他のパラメータを含みます。 および継続的なエネルギー取得のための取得装置インターフェース。

総合的な結論と改善提案

結論：

この詳細なメンテナンスは完全に成功しました。装置の性能は完全に回復しただけでなく、出力エネルギーと安定性は期待を上回りました。これは、このレーザーのコアコンポーネント（Blumlein回路、光学基板など）が依然として良好な状態で高い残存価値を持っていることを示しています。このメンテナンスにより、新しい装置の高額な購入費用を効果的に回避し、サービス寿命を少なくとも3〜5年延長しました。

長期的な改善提案：

定期メンテナンス：ガス循環システムの点検は6～12ヶ月ごとに推奨します。
電極監視：100万放電ごとに電極表面の状態を点検し、過剰なスパッタ堆積を防止します。
環境管理：動作環境は低塵埃に保ち、空気中の粒子がキャビティに入り込み光学部品に影響を与えないようにしてください。
インテリジェントモニタリング：オンライン監視システム（エネルギー、電流、電圧）を導入し、異常を迅速に検出します。
寿命管理：ガス交換周期や電極メンテナンス時期を記録し、完全な寿命記録を確立してください。

よくある質問

Q1: なぜエキシマレーザーは定期的なメンテナンスが必要なのですか？

A: 長期運転により、放電による電極表面の堆積・腐食が起こりエネルギー低下を招くことがあります。光学窓の汚染はビームプロファイルの不均一を引き起こし、ガス組成の劣化はパルスエネルギーの変動をもたらします。シールの劣化はガス漏れを引き起こし寿命に影響します。したがって、定期的なメンテナンスで性能を回復し、装置寿命を延ばすことが重要です。

Q2: メンテナンス後の性能はどのくらい持続しますか？次の大規模オーバーホールはいつ頃ですか？

A: 性能保持期間は、負荷と定期メンテナンスの質に直接関連しています。推奨される予防保守スケジュールの下では、コア性能は12〜18ヶ月間安定していることが期待されます。その後、ガスの劣化と電極のわずかな腐食によりエネルギーは徐々に低下しますが、作動ガスを交換することで部分的に回復可能です。次の同規模の大規模オーバーホールは3〜4年後に予定されており、累積運転が1億5千万パルスを超えた場合には検討すべきです。

Q3: なぜエネルギー安定性（RSD%）がそれほど重要なのですか？

A: エネルギーの安定性は加工結果の一貫性と歩留まり率を直接左右します。特に微細加工では、1%のエネルギー変動が加工深さのムラ、切断不良、過熱焼損などの不良を引き起こします。修理後の10Hzで1.8%以下の安定性は優れた工業用性能であり、ほとんどの精密用途に十分対応可能です。

Q4: 今後突然のエネルギー低下が起きた場合、まず何をすべきですか？

A: まず、「ガス補充」操作を行ってください。突然のエネルギー低下の90%以上はガスの劣化や微小な漏れが原因です。補充後も問題が続く場合は、エネルギー値とアラームメッセージを記録し、技術サポートに連絡してリモート診断を受けてください。キャビティを自分で開けないでください。

Q5: 出力エネルギーをさらに増加させることは可能ですか？

A: このユニットはすでに28kVで156mJの出力を達成しており、設計限界に非常に近い状態です。27.5kV以上での長時間運転は推奨されません。これは電極やガスの劣化を著しく加速させ、メンテナンス間隔を短縮し、最悪の場合は停止のリスクを伴います。153mJのエネルギーはすでに元の設計用途の要件を十分に満たしています。